KR101416869B1 - 복합 파일 형성용 천공장치 및 이를 이용한 기초공법 - Google Patents

복합 파일 형성용 천공장치 및 이를 이용한 기초공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 굴착 및 고화제와 토사의 교반에 의해 소형 파일(10)를 형성하도록, 비트부(110), 고화제 분사구(121)를 구비함과 아울러, 상하방향 구동 및 회전이 가능하게 설치된 소형 파일 형성부(100); 고화제와 토사의 교반에 의해 소형 파일(10)의 외측에 대형 파일(20)을 형성하도록, 확대교반부(210)를 구비함과 아울러, 소형 파일 형성부(100)의 외측에 설치되어, 소형 파일 형성부(100)에 대하여 상하방향 구동 및 회전이 가능하게 설치된 대형 파일 형성부(200);를 포함하는 복합 파일 형성용 천공장치를 제시함으로써, 지반의 천공 및 고화토의 충전을 동시에 수행할 수 있도록 하여 시공성의 향상을 도모할 수 있도록 한다.

Description

복합 파일 형성용 천공장치 및 이를 이용한 기초공법{BORING APPARATUS FOR COMPLEX PILE AND FOUNDATION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 건설 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 천공장치 및 기초공법에 관한 것이다.
지반을 천공하고 그 천공 홀에 토사와 토양 고화제를 혼합한 고화토를 주입하여 파일을 형성하는 공법이 개발되어 있다.
그런데 종래에는 지반을 천공하는 천공장치 및 고화토를 주입하는 주입장치가 별개로 개발되어 있는바, 작업이 번거롭다는 문제가 지적되었다.
따라서 이들 작업을 동시에 수행할 수 있도록 하는 장치에 관한 연구가 절실히 요청되고 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 지반의 천공 및 고화토의 충전을 동시에 수행할 수 있도록 하여 시공성의 향상을 도모할 수 있는 복합 파일 형성용 천공장치 및 이를 이용한 기초공법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 화제 분사구(121)가 형성된 중앙관(120); 지반을 천공하도록, 상기 중앙관(120)의 하단에 형성된 상기 비트부(110);를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 파일 형성용 천공장치를 제시한다.
상기 비트부(110)에는 고화제의 하방 분사구(111)가 형성된 것이 바람직하다.
상기 소형 파일 형성부(100)는 지반을 교반하도록, 상기 중앙관(120)의 외주에 형성된 소형 교반부(130);를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 소형 교반부(130)는 상기 중앙관(120)의 하부 영역에만 형성된 것이 바람직하다.
상기 대형 파일 형성부(200)는 심부에 상기 소형 파일 형성부(100)의 관통공이 형성됨과 아울러, 상기 소형 파일 형성부(100)와 간격을 두고, 상하방향 구동 및 회전이 가능하게 설치된 원통형 본체(220); 상기 원통형 본체(220)의 측방을 향하여 연장형성된 복수의 상기 확대교반부(210);를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 확대교반부(210)는 심부에 토양 고화제의 유로가 형성되고, 외벽에 토양 고화제의 확대분사구(211)가 형성된 것이 바람직하다.
상기 대형 파일이 원추형 구조로 형성되도록, 상기 복수의 확대교반부(210) 중 상부의 확대교반부(210a)에 비해 하부의 확대교반부(210b)의 길이가 짧게 형성된 것이 바람직하다.
상기 확대교반부(210)는 회전방향을 향하여 칼날부(212)가 형성된 것이 바람직하다.
상기 칼날부(212)는 회전방향을 향하여 하향경사지게 형성된 것이 바람직하다.
상기 소형 파일 형성부(100)와 상기 대형 파일 형성부(200)는 상호 반대방향의 회전이 가능하도록 설치된 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 복합 파일 형성용 천공장치를 이용한 기초공법으로서, 상기 소형 파일 형성부(100) 및 대형 파일 형성부(200)의 회전 및 굴착에 의해, 지반을 천공함과 아울러, 토양 고화제를 분사하여, 토사와 토양 고화제의 혼합에 의해 소형 파일(10) 및 대형 파일(20)을 형성하는 것을 특징으로 하는 기초공법을 함께 제시한다.
상기 소형 파일 형성부(100)의 회전 및 굴착에 의해, 상기 소형 파일(10)을 형성하는 단계; 상기 소형 파일 형성부(100)가 정지한 상태에서, 상기 대형 파일 형성부(200)의 하강구동 및 회전에 의해 상기 대형 파일(20)을 형성하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
지반이 하측을 향하여 연약층(a), 지지층(b)의 순서로 형성되는 경우, 상기 대형 파일(20)의 하단은 상기 연약층(a)의 하부 또는 상기 지지층(b)의 상부에 위치하도록 하고, 상기 소형 파일(10)은 상기 지지층(b)에 위치하도록 하는 것이 바람직하다.
지반이 하측을 향하여 제1 연약층(a1), 제1 지지층(b1), 제2 연약층(a2), 제2 지지층(b2)의 순서로 형성되는 경우, 상기 대형 파일(20)의 하단은 상기 제1 연약층(a1)의 하부 또는 상기 제1 지지층(b1)의 상부에 위치하도록 하고, 상기 소형 파일(10)의 하단은 상기 제2 연약층(a2)의 하부 또는 상기 제2 지지층(b2)의 상부에 위치하도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명은 지반의 천공 및 고화토의 충전을 동시에 수행할 수 있도록 하여 시공성의 향상을 도모할 수 있는 복합 파일 형성용 천공장치 및 이를 이용한 기초공법을 제시한다.
도 1 이하는 본 발명의 실시예를 도시한 것으로서,
도 1은 복합 파일 형성용 천공장치의 단면도.
도 2는 기초공법에 의해 형성된 파일 구조물의 제1 실시예의 단면도.
도 3은 확대교반부의 사시도.
도 4는 기초공법에 의해 형성된 파일 구조물의 제2 실시예의 단면도.
도 5는 기초공법에 의해 형성된 파일 구조물의 제3 실시예의 단면도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 1 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 복합 파일 형성용 천공장치는 기본적으로, 소형 파일(10)의 형성을 위한 소형 파일 형성부(100)와, 소형 파일(10)에 비해 직경이 큰 대형 파일(20)의 형성을 위한 대형 파일 형성부(200)에 의해 구성된다.
소형 파일 형성부(100)는 굴착 및 고화제와 토사의 교반에 의해 소형 파일(10)를 형성하도록, 비트부(110), 고화제 분사구(121)를 구비함과 아울러, 상하방향 구동 및 회전이 가능하게 설치된다.
대형 파일 형성부(200)는 고화제와 토사의 교반에 의해 소형 파일(10)의 외측에(외주를 둘러) 대형 파일(20)을 형성하도록, 확대교반부(210)를 구비함과 아울러, 소형 파일 형성부(100)의 외측에 설치되어, 소형 파일 형성부(100)에 대하여 상하방향 구동 및 회전이 가능하게 설치된다.
여기서 확대교반부(210)는 소형 파일 형성부(100)에 의해 형성된 소형 파일(10)의 외측 지반을 굴착함과 아울러, 고화제를 분사하고 교반함으로써, 소형 파일(10)에 비해 직경이 확대된 대형 파일(20)이 형성되도록 하는 역할을 한다.
이는 다음과 같은 효과를 얻도록 한다.
첫째, 지반은 전체적으로 일정한 지내력을 갖도록 형성되는 것이 아니라, 깊이에 따라 지내력이 서로 다른 층(연약층, 암반 등의 지지층)이 존재하는데, 이에 맞추어 단면의 크기가 서로 상이한 파일(10,20)을 배치할 수 있으므로, 효율적인 구조를 얻을 수 있다.
둘째, 고심도에서는 소형 파일(10)의 형성을 위하여, 저심도의 경우(대형 파일부)에 비해 작은 직경의 천공 홀을 형성하면 족하므로, 천공장비의 과부하를 방지할 수 있다.
소형 파일 형성부(100)는, 심부에 상하방향을 따라 토양 고화제의 유로가 형성됨과 아울러, 외벽에 고화제 분사구(121)가 형성된 중앙관(120); 지반을 천공하도록, 중앙관(120)의 하단에 형성된 상기 비트부(110);를 포함하여 구성된다.
이는 비트부(110)에 의해 지반을 천공하면서, 중앙관(120)에 형성된 고화제 분사구(121)를 통해 토양 고화제를 분사하므로, 토사와 토양 고화제의 혼합에 의해 소형 파일(10)이 형성되도록 한다.
따라서 지반의 천공, 고화제의 분사에 의한 고화토의 생성을 동시에 수행할 수 있으므로, 시공성의 획기적인 향상을 도모할 수 있다는 효과가 있다.
비트부(110)에도 고화제의 하방 분사구(111)가 형성되는 경우, 상술한 효과를 더욱 크게 얻을 수 있다.
중앙관(120)은 일체형 구조를 취할 수도 있고, 다수의 부품관이 나사결합구조 등에 의해 결합하는 구조를 취할 수도 있는데, 고심도에 대한 굴착작업을 수행하는 경우에는 후자의 구조를 선택하는 것이 바람직하다.
소형 파일 형성부(100)에서, 지반을 교반하도록, 회전하는 중앙관(120)의 외주에 소형 교반부(130)가 형성되는 경우, 분사된 고화제와 토사의 교반에 의해 고화토의 안정적인 생성을 촉진할 수 있다.
소형 교반부(130)는 구체적으로 중앙관(120)의 외주에 외측으로 돌출형성된 막대 구조 등에 의해 구현할 수 있다.
이러한 소형 교반부(130)는 중앙관(120)의 전 영역에 걸쳐 형성될 수도 있으나, 후술하는 대형 파일 형성부(200)와의 저촉을 피하기 위하여, 중앙관(120)의 하부 영역에만 형성되는 것이 바람직하다.
대형 파일 형성부(200)는, 심부에 소형 파일 형성부(100)의 관통공이 형성됨과 아울러, 소형 파일 형성부(100)와 간격을 두고, 상하방향 구동 및 회전이 가능하게 설치된 원통형 본체(220); 원통형 본체(220)의 측방을 향하여 연장형성된 복수의 확대교반부(210);를 포함하여 구성된다.
이는 소형 파일 형성부(100)의 중앙관(120)을 따라 상하방향으로 구동하는데, 이로 인하여 소형 파일(10)의 외측에 형성되는 대형 파일(20)의 크기(하단의 위치)를 조절할 수 있다.
대형 파일(20)의 형성을 위하여, 확대교반부(210)는 심부에 토양 고화제의 유로가 형성되고, 외벽에 토양 고화제의 확대분사구(211)가 형성됨으로써, 토양 고화제를 분사하고 교반하는 역할을 수행하도록 하는 것이 바람직하다.
대형 파일(20)이 원추형 구조로 형성되도록, 복수의 확대교반부(210) 중 상부의 확대교반부(210a)에 비해 하부의 확대교반부(210b)의 길이가 짧게 형성된 것이 바람직하다.
이와 같이 대형 파일(20)이 원추형 구조로 형성되는 경우, 자연스럽게 팽이말뚝 구조의 기초 구조물을 얻을 수 있다는 효과가 있다.
확대교반부(210)에 회전방향을 향하여 칼날부(212)가 형성되는 경우, 지반의 천공작업을 더욱 용이하게 할 수 있다는 효과가 추가된다(도 3).
이 칼날부(212)가 회전방향을 향하여 하향경사지게 형성되는 경우, 굴착된 토사가 상부로 배출되지 않고, 천공 홀 내에 위치하면서 분사된 토양 고화제와 혼합되어, 고화토의 충전작업이 자연스럽게 이루어진다는 효과가 있다(도 3).
소형 파일 형성부(100)와 대형 파일 형성부(200)는 상호 동일한 방향으로 회전하도록 할 수도 있으나, 반대방향의 회전이 가능하도록 하는 것이 굴착 및 교반의 효율성을 위하여 더욱 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 복합 파일 형성용 천공장치를 이용한 기초공법에 관하여 설명한다.
기본적으로, 본 공법은 소형 파일 형성부(100) 및 대형 파일 형성부(200)의 회전 및 굴착에 의해, 지반을 천공함과 아울러, 토양 고화제를 분사하여, 토사와 토양 고화제의 혼합에 의해 소형 파일(10) 및 대형 파일(20)을 형성하는 것을 내용으로 한다.
구체적으로는, 먼저 소형 파일 형성부(100)의 회전 및 굴착에 의해 소형 파일(10)을 형성하고, 이후 소형 파일 형성부(100)가 정지한 상태에서 대형 파일 형성부(200)의 하강구동 및 회전에 의해 대형 파일(20)을 형성하는 것이 시공의 효율성 측면에서 바람직하다.
지반이 하측을 향하여 연약층(a), 지지층(b)의 순서로 형성되는 경우에는, 대형 파일(20)의 하단이 연약층(a)의 하부 또는 지지층(b)의 상부에 위치하도록 매설하고, 소형 파일(10)은 지지층(b)에 위치하도록 매설하는 것이 바람직하다(도 4).
이 경우, 지지층(b)에 매설된 소형 파일(10)은 대형 파일(20)에 의한 지내력을 보강, 보충하는 역할을 하므로, 소형 파일(10)이 없는 경우에 비해 대형 파일(20)의 단면을 축소할 수 있다는 효과가 있다.
또한 강도가 높은 고심도의 지지층(b)에 대한 천공작업 시 천공 홀의 직경을 작게 할 수 있으므로, 천공장비의 과부하를 방지할 수 있다.
여기서, 연약층, 지지층이란, 지반 위에 시공되는 구조물의 성격 기타 현장 여건에 따라 정해질 수 있는 상대적인 개념으로서, 일반적으로 풍화토, 풍화암 등의 지층은 지지층에 해당하고, 이보다 지내력이 약한 지층은 연약층에 해당한다고 볼 것이다.
지반이 하측을 향하여 제1 연약층(a1), 제1 지지층(b1), 제2 연약층(a2), 제2 지지층(b2)의 순서로 형성되는 경우에는, 대형 파일(20)의 하단은 제1 연약층(a1)의 하부 또는 제1 지지층(b1)의 상부에 위치하도록 매설되고, 소형 파일(10)의 하단은 제2 연약층(a2)의 하부 또는 제2 지지층(b2)의 상부에 위치하도록 매설된 구성을 취하는 것이 바람직하다(도 5).
이 경우, 만약 소형 파일(10)이 없다면, 제2 연약층(a2)으로 인하여 대형 파일(20)의 안정적인 지내력을 기대할 수 없을 것이나, 본 발명에 의한 공법의 경우에는 소형 파일(10)이 제2 연약층(a2)을 지나 제2 지지층(b2)에 의해 지지되는 구조를 취하므로, 전체적으로 우수한 구조적 안정성을 얻을 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
10 : 소형 파일 20 : 대형 파일
100 : 소형 파일 형성부 110 : 비트부
111 : 하방 분사구 120 : 중앙관
121 : 고화제 분사구 130 : 소형 교반부
200 : 대형 파일 형성부 210 : 확대교반부
211 : 확대분사구 212 : 칼날부
220 : 원통형 본체 a,a1,a2 : 연약층
b,b1,b2 : 지지층

Claims (16)

  1. 하부의 소형 파일(10)과 이에 비해 직경이 큰 상부의 대형 파일(20)로 구성된 복합파일을 형성하기 위한 천공장치로서,
    고화제와 토사의 교반에 의해 상기 소형 파일(10)를 형성하도록, 심부에 상하방향을 따라 고화제의 유로가 형성된 중앙관(120), 상기 중앙관(120)의 하단에 형성된 비트부(110), 상기 중앙관(120)의 외주에 형성된 소형 교반부(130), 고화제 분사구를 구비함과 아울러, 상하방향 구동 및 회전이 가능하게 설치된 소형 파일 형성부(100);
    고화제와 토사의 교반에 의해 상기 소형 파일(10)의 외측에 상기 대형 파일(20)을 형성하도록, 확대교반부(210)를 구비함과 아울러, 상기 소형 파일 형성부(100)의 외측에 설치되어, 상기 소형 파일 형성부(100)에 대하여 상하방향 구동 및 회전이 가능하게 설치된 대형 파일 형성부(200);를 포함하는 복합 파일 형성용 천공장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고화제 분사구는 상기 중앙관(120)의 외벽 및 상기 비트부(110) 중 적어도 1곳 이상에 형성된 것을 특징으로 하는 복합 파일 형성용 천공장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소형 교반부(130)는 상기 중앙관(120)의 하부 영역에만 형성된 것을 특징으로 하는 복합 파일 형성용 천공장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 대형 파일 형성부(200)는
    심부에 상기 소형 파일 형성부(100)의 관통공이 형성됨과 아울러, 상하방향 구동 및 회전이 가능하게 설치된 원통형 본체(220);
    상기 원통형 본체(220)의 측방을 향하여 연장형성된 복수의 상기 확대교반부(210);를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 파일 형성용 천공장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 확대교반부(210)는 심부에 토양 고화제의 유로가 형성되고, 외벽에 토양 고화제의 확대분사구(211)가 형성된 것을 특징으로 하는 복합 파일 형성용 천공장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 대형 파일이 원추형 구조로 형성되도록, 상기 복수의 확대교반부(210) 중 상부의 확대교반부(210a)에 비해 하부의 확대교반부(210b)의 길이가 짧게 형성된 것을 특징으로 하는 복합 파일 형성용 천공장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 확대교반부(210)는 회전방향을 향하여 칼날부(212)가 형성된 것을 특징으로 하는 복합 파일 형성용 천공장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 칼날부(212)는 회전방향을 향하여 하향경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 복합 파일 형성용 천공장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 소형 파일 형성부(100)와 상기 대형 파일 형성부(200)는 상호 반대방향의 회전이 가능하도록 설치된 것을 특징으로 하는 복합 파일 형성용 천공장치.
  12. 제1항, 제3항, 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항의 복합 파일 형성용 천공장치를 이용한 기초공법으로서,
    상기 소형 파일 형성부(100) 및 대형 파일 형성부(200)의 회전 및 굴착에 의해, 지반을 천공함과 아울러, 토양 고화제를 분사하여, 토사와 토양 고화제의 혼합에 의해 소형 파일(10) 및 대형 파일(20)을 형성하는 것을 특징으로 하는 기초공법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 소형 파일 형성부(100)의 회전 및 굴착에 의해, 상기 소형 파일(10)을 형성하는 단계;
    상기 소형 파일 형성부(100)가 정지한 상태에서, 상기 대형 파일 형성부(200)의 하강구동 및 회전에 의해 상기 대형 파일(20)을 형성하는 단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 기초공법.
  14. 제12항에 있어서,
    지반이 하측을 향하여 연약층(a), 지지층(b)의 순서로 형성되는 경우,
    상기 대형 파일(20)의 하단은 상기 연약층(a)의 하부 또는 상기 지지층(b)의 상부에 위치하도록 하고,
    상기 소형 파일(10)은 상기 지지층(b)에 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 기초공법.
  15. 제12항에 있어서,
    지반이 하측을 향하여 제1 연약층(a1), 제1 지지층(b1), 제2 연약층(a2), 제2 지지층(b2)의 순서로 형성되는 경우,
    상기 대형 파일(20)의 하단은 상기 제1 연약층(a1)의 하부 또는 상기 제1 지지층(b1)의 상부에 위치하도록 하고,
    상기 소형 파일(10)의 하단은 상기 제2 연약층(a2)의 하부 또는 상기 제2 지지층(b2)의 상부에 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 기초공법.
  16. 제1항, 제3항, 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대형 파일(20)은 지반의 연약층(a)에 형성되고, 상기 소형 파일(10)은 상기 지반의 지지층(b)에 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 파일 형성용 장치.
KR1020120069391A 2012-06-27 2012-06-27 복합 파일 형성용 천공장치 및 이를 이용한 기초공법 KR101416869B1 (ko)

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